Сборник задач по основам радиотехники

51

высокочастотных колебаний в контуре, которое и называют генерацией высокочастотных колебаний.

Роль ключа в схеме приведенной на рис. 5.1 может играть электронная лампа. В результате получим схему изображенную на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Ламповый генератор незатухающих колебаний

Резонансная частота контура генератора равна f0 = 12π LC . При подаче на управляющую сетку лампы напряжения указанной частоты, в моменты времени соответствующие заряду конденсатора с отрицательным потенциалом на верхней пластине (как показано на рис. 5.2) лампа будет открываться, соединяя верхнюю обкладку конденсатора с минусом источника постоянного тока Eа пополняя запас энергии на конденсаторе. В моменты времени соответствующие заряду конденсатора с положительным потенциалом на верхней пластине лампа закрывается. В теории радиопередающих устройств такие схемы называются генераторами с внешним возбуждением, а в теории усилителей усилителями мощности.

В качестве внешнего возбуждения можно использовать часть энергии контура генератора (элементы L и C на рис. 5.2). Впервые схему рассматриваемого генератора предложил немецкий изобретатель Мейснер в 1913 году. Схема генератора Мейснера приведена на рис. 5.3. Так как генератор выходит в режим генерации без использования внешнего возбуждения, генераторы подобного типа получили название генераторов с самовозбуждением или автогенераторов.

Рис. 5.3. Ламповый генератор Мейснера

Звездочками на рис. 5.3 обозначены выводы катушек трансформатора, соответствующих существованию на них сигналов одинаковой полярности. То есть в момент времени, когда на верхней обкладке конденсатора контура будет отрицательная полуволна напряжения, на сетке будет положительная полуволна, соответствующая открыванию лампы. В теории усилителей такие схемы называются каскадами усиления с положительной обратной связью.

Частота генерируемых колебаний генератора Мейснера определяется выражением:

Недостатком рассматриваемого генератора является необходимость изготовления трансформатора связи. Этот недостаток отсутствует в схемах генераторов, называемых генератором Хартли (индуктивная трехточка) и генератором Колпитца (емкостная трехточка).

Индуктивная трехточка. Принципиальная схема транзисторного варианта генератора Хартли приведена на рис. 5.4. На рис. 5.5 представлена схема генератора Хартли по переменному току. Для работы генератора необходимо чтобы в моменты времени соответствующие заряду конденсатора контура с отрицательным потенциалом на верхней пластине эта пластина соединялась с минусом источника постоянного тока Eп .

L1

Рис. 5.4. Принципиальная схема транзисторного варианта генератора Хартли

Выход

C1

L1

L2

Рис. 5.5. Схема генератора Хартли по переменному току

То есть в эти моменты транзистор генератора должен быть открыт, что соответствует подаче на базу транзистора положительной полуволны. Это достигается разделением катушки индуктивности колебательного контура на две части, как это видно на рис. 5.4, и заземлением средней точки. В этом случае при разряде конденсатора через L1 и L2 течет общий ток и на пластинах конденсатора всегда будут разные потенциалы относительно земли. Для исключения влияния входного сопротивления транзистора на работу генератора, значения номиналов катушек индуктивности выбирают из условия: L1 >>L2 .

Частота генерируемых колебаний рассчитывается по формуле [27]:

f0 = 12π C1(L1 + L2 ) , (5.2)

а условие самовозбуждения генератора приближенно может быть представлено в виде:

56

R R

C C

а) б)

Рис. 5.9. RC-автогенератор с мостом Вина (а) и его модификация (б)

RC-автогенератор с трехзвенной цепочкой обратной связью содержит инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью (рис. 5.8 элементы R1 и R 2 ) и трехзвенную RC -цепь положительной обратной связи.

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен:

К = R 2 R1 . (5.4) Коэффициент передачи трехзвенной RC -цепи, при выполнении условия

R1>>R, описывается выражением:

Из (5.5) следует, что частота генерации автогенератора находится из соотношения: ωRC[(ωRC)2 − 6] = 0 и составляет:

а условием самовозбуждения генератора является неравенство:

57

Недостатком RC-автогенератора с трехзвенной цепочкой обратной связи является трудность перестройки частоты генерации из-за большого количества элементов в петле положительной обратной связи.

RC-автогенератор с мостом Вина имеет более компактную структуру построения схемы (рис. 5.9,а) и содержит неинвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью (рис. 5.9 элементы R1 и R 2 ) и мост Вина, представляющий собой частотно-избирательную последовательно-параллельную RCцепь, состоящую из двух конденсаторов С и двух резисторов R.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя равен:

Коэффициент передачи моста Вина описывается выражением:

Из (5.9) следует, что частота генерации автогенератора находится из соот-

а условием самовозбуждения генератора является неравенство:

На практике часто используется модифицированная схема RC-ав- тогенератора с мостом Вина (рис. 5.9,б), позволяющая осуществлять автоматическое регулирование амплитуды генерируемых колебаний. Резисторы R1 и R 2 автогенератора выбираются так, чтобы условие (5.11) выполнялось при открытом полевом транзисторе VT и не выполнялось при его закрывании. Если обозначить сопротивление канала открытого транзистора как Rси , то получим систему неравенств:

59

напряжения, поступающим на его базу с коллектора VT1 через конденсатор С1. Напряжение Uк2 равное напряжению питания Eп поступает на базу VT1 через конденсатор С2 , поддерживая режим насыщения транзистора VT1. В этом случае конденсатор С1 разряжается до нуля, а конденсатор С2 заряжается до напряжения Eп . Начиная с этого момента транзистор VT1 начинает закрываться, напряжение на его коллекторе растет, приводя к лавинообразному открыванию транзистора VT2 . Конденсатор С2 заряжен и при открывании VT2 отрицательное напряжение через С2 будет подаваться на базу VT1 приводя к лавинообразному закрыванию этого транзистора. В результате схема будет генерировать периодическую последовательность импульсов.

Длительность положительных импульсов напряжения на коллекторе тран-

60

Длительность положительных импульсов напряжения на коллекторе транзистора VT2 определяется элементами Rб2 , С1 и составляет:

работа мультивибратора становится неустойчивой, что приводит к срыву генерации.

Мультивибратор на операционном усилителе. Схема мультивибратора приведена на рис. 5.12 [24].

VD1 R1

VD2 R2

Рис. 5.12. Мультивибратор на операционном усилителе

Операционный усилитель охвачен двумя цепями обратной связи. Положительной обратной связью по неинвертирующему входу с коэффициентом передачи цепи обратной связи равным:

Отрицательной обратной связью по инвертирующему входу, состоящей из элементов C, R1, R 2 и диодных ключей на диодах VD1, VD2 .